Роль железа в растениях и некоторых других металлов

Роль железа в растениях ведущая и оно содержится в тканях растений в количествах более значительных, чем другие металлы (марганец, кобальт, медь, цинк)


Важную роль в жизни растений играют роль металлы. Для выяснения в каких жизненно важных процессах они участвуют и как это происходит обратимся к книге „Карбонатный хлороз и хелатные удобрения‟ [1].

Металлы, относящиеся к 1-й группе переходных элементов (марганец, железо, кобальт, медь, цинк), необходимы живым организмам для осуществления их основных биологических функций. Они постоянно содержатся в составе их тканей в определенных количествах. Для некоторых групп растений необходим также молибден. Условия его растворимости и доступности для растений значительно отличаются от условий растворимости железа и близких к нему металлов.

Со всех металлов, имеющихся в тканях растений, железо содержится в наибольших количествах. Так, в листьях содержание железа достигает сотых долей процента, за ним следует марганец, концентрация цинка выражается уже в тысячных долях, а содержание меди не превышает десятитысячных процента; еще меньше молибдена, его в тканях растений имеется в пределах стотысячных процента; концентрация кобальта обычно еще несколько ниже.

Железо входящее в органические соединения, которые участвуют в протекании биохимических процессов при дыхании и фотосинтезе. Это объясняется очень высокой степенью их каталитических свойств. Железо в неорганической форме также способно катализировать многие биохимические реакции.

Так по подсчетам академика А. И. Опарина, каталитическое действие 1 мг железа, находящегося в составе фермента каталазы, соответствует каталитическому действию 10 т неорганического железа. При вхождении в состав органической молекулы каталитические свойства железа возрастают в миллионы раз.

Каталитическая способность железа в значительной степени связана с его способностью менять валентность. Соотношение между двух- и трехвалентным железом в органах растений и почве зависит от реакции среды и степени ее аэробности. Атом железа окисляется и восстанавливается сравнительно легко, поэтому многие соединения железа являются переносчиками электронов в биохимических процессах.

Фотосинтез – вот основная биологическая функция растений на земном шаре. При осуществлении фотосинтеза за счет энергии солнечного света происходит ассимиляции углекислоты с образованием различных органических соединений.

Процесс фотосинтеза имеет световую и темновую фазы. Световая фаза начинается с поглощения кванта света хлорофиллом и его возбуждения. Возбужденные светом молекулы хлорофилла отдают электроны для образования первичных восстановленных продуктов фотосинтеза.

Одним из промежуточных веществ, принимающих обязательное участие в переносе электронов от хлорофилла, является железосодержащий белок ферредоксин, который отличается очень низким окислительно-восстановительным потенциалом. Без его участия не могут образовываться первичные продукты, которые необходимы в темновой фазе фотосинтеза для превращения углекислоты в основные органические вещества – сахара, белки, жиры.

Для того чтобы процесс шел непрерывно, хлорофилл после отдачи электрона должен вернуться в исходное состояние. Это происходит с помощью других молекул хлорофилла, отбирающих электроны y воды в процессе ее разложения. Электроны воды могут достичь первых молекул хлорофилла, только пройдя через соответствующие передаточные ступени, которыми опять-таки являются железосодержащие белки, но уже иного состава и свойств, называемые цитохромами.

В некоторых случаях роль одного из цитохромов выполняет медьсодержащий белок – пластоцианин, в этом и заключается роль меди в фотосинтетическом процессе. В разложении воды и использовании ее в качестве источника электронов принимают непосредственное участие органические соединения, содержащие марганец.

В основе реакций, происходящих при дыхании растений, так же, как и при фотосинтезе, лежит процесс переноса электронов. Для того чтобы организм мог использовать энергию, аккумулированную в органических веществах, последние должны быть окислены, то есть должен осуществиться процесс отнятия электрона и последовательного его переноса на кислород воздуха. Процесс этот осуществляется железосодержащими» ферментами дегидрогеназами, в нем также принимают участие несколько цитохромов и комплексный, содержащий железо и медь, фермент цитохромоксидаза.

Таким образом, без металлсодержащих комплексных органических соединений, среди которых ведущая роль принадлежит соединениям железа, не могут осуществляться ни фотосинтез, ни дыхание. Однако этим не ограничивается биологическая роль железа и других металлов в растениях. Известны десятки ферментов, принимающих участие в самых различных реакциях обмена веществ растений и представляющих собой металлодержащие белки. Например, каталаза и пероксидаза, в состав которых входит железо, полифенолоксидаза, содержащая медь, цинковые дегидрогеназы и ряд других.

Железо, медь, цинк, марганец наряду со щелочноземельными металлами кальцием и магнием входят в состав десиксирибонуклеиновой кислоты (ДНК и PНK). В этом случае металлы выполняют функцию поддержания определенной структурной организации (упаковки) молекул этих кислот.

Железу принадлежит, кроме того, особая функция, а именно непременное участие в биосинтезе хлорофилла.

Хлорофилл – органическое магнийсодержащее вещество – не может образовываться без железа. Поэтому любое условие, ограничивающее доступность железа растениям, будет приводить к исчезновению зеленой окраски листьев, то есть к хлорозу. Хлороз неразрывно связан с нарушениями ультраструктурной организации самих органов фотосинтеза — хлоропластов. Хлоропласта представляют собой тельца размером в несколько микронов, содержащиеся во всех зеленых клетках растений. Хлорофилл в них распределен неравномерно, он сосредоточен в особых дисковидных образованиях – мембранах, уложенных наподобие монет в стопки, которые называются гранами. При нарушении биосинтеза хлорофилла и понижении его концентрации уменьшается количество дисков (мембран) в гранах, нарушаются связи между гранами, и разрушается вся система ультраструктурной организации хлоропластов.

При хлорозе, то есть недостатке хлорофилла и разрушении хлоропластов, процесс фотосинтеза идти нормально не может. Этому способствует и недостаток ферредоксина и цитохромов. Нарушается процесс дыхания.


При нарушении и ослаблении фотосинтеза и дыхания вследствие недостаточного образования органических веществ, из которых строится растительный организм, и дефицита энергетических резервов происходит общее расстройство обмена веществ растений. Поэтому при остром недостатке железа неизбежно наступает гибель растений. У деревьев и кустарников зеленая окраска верхушечных листьев исчезает полностью, они становятся почти белыми, постепенно усыхают. Такие растения уже трудно излечить от заболевания, и часто в садах и на виноградниках деревья и кусты, заболевшие хлорозом, выкорчевывают.

Смотрите видео о карбонатном (железном) хлорозе винограда проявляющемся при недостатке железа в растении.

Как видим железо, и другие металлы играют важную роль в жизни растений и винограда в частности. Поэтому при выращивании винограда нужно не допускать появления „железного‟ хлороза, первым признаком которого является пожелтения листьев.

Источники:
1. Л. К. Остров¬ская, Г.М., Макарова, Г.М. Яковенко „Карбонатный хлороз и хелатные удобрения‟, «Урожай», 1973 г.
2. Г. Ванек, В.Н. Корчагин, Л.Г. Тер-Симонян. „Атлас болезней и вредителей плодовых, ягодных, овощных культур и винограда‟. „Природа‟, издательство книг и журналов, Братислава, ВО „АГРОПРОМИЗДАТ‟, Москва, 1989 г.

С уважением Владимир Николаевич, volodumur2010@yandex.ua , 30.01.2016 года.

На главную      Сорта винограда       Выращивание винограда       Фото винограда

МОИ ВИДЕО        ГАЛЕРЕЯ       САЖЕНЦЫ ВИНОГРАДА      ВИНО

Share Button
Запись опубликована в рубрике Болезни винограда с метками , , , , , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *